哈工程核學(xué)院第一個課程設(shè)計第三章4(編輯修改稿)
2025-03-08 00:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 P—V曲線下面的面積表示壓縮氣體所需要的功 ，H—曲線位于絕熱線之上 ， 這意味著通過一次沖擊波壓縮比絕熱 （ 等熵 ） 壓縮需要做更多的功 。 沖擊波越強 ， H—曲線偏離絕熱曲線越遠 ， 則沖擊波壓縮需作更多的功 。 這就是說強沖擊波進行壓縮是不合算的 。 另外系統(tǒng)的熵隨沖擊波的強度做對數(shù)增加 ， 在弱沖擊波條件下 ， 壓縮幾乎是等熵的 ， 即 101 0 p Sp? ? ?，?研究表明 ， 對于球形的向中心匯聚的沖擊波 ， 一次壓縮能產(chǎn)生 30多倍的壓縮比 ， 即密度增大 30多倍 。 ?若繼續(xù)采用這種方式使燃料經(jīng)過多次沖擊波的壓縮 ， 就能達到越來越高的密度以達到熱核燃料燃燒的條件 。 ?同時 ， 從前面的結(jié)果可以知道 ， 強沖擊波壓縮是不等熵的 ， 但卻能大大地提高燃料的溫度 ， 表明簡單的強沖擊波更適用于熱斑的點火 。 ?于是可以產(chǎn)生一連串強度越來越大的沖擊波 ， 同時在時間上調(diào)節(jié)使它們在達到熱斑之前 ， 后繼的波不會超越前面的波 ， 后面的追趕前面的 ， 而且同時在靶芯會聚 。 ?這就要求對應(yīng)的驅(qū)動器脈沖幅度逐漸上升并均勻地沉積在靶丸表面上 。 ?但實現(xiàn)起來還有很大難度 。 P 時間 t /ns 功率 /TW 0 0 時間 /ns 聚爆速度和驅(qū)動器能量沉積 假設(shè)燃料在較低的溫度 （ ３ keV） 下燃燒 ， 那么燃料離子的熱速度約為 3107cm/s， 這是靶殼聚爆應(yīng)具有的速度 ， 驅(qū)動器大約要在靶丸中沉積 20MJ/g的比能量 。 假設(shè)消融體以大約相等于聚爆的速度噴射 ， 于是所需的驅(qū)動器的輸入能量是： ? ? ? ?220 MJ g 4DER ? ? ?? 式中 λ是驅(qū)動器粒子在靶物質(zhì)中的射程 ， ρ是吸收物區(qū)物質(zhì)的密度 。 對 λρ求解得： ? ?24 20 MJ g 20 MJ gPIR??????? 式中 P為驅(qū)動器脈沖的平均功率 ， τ為脈沖長度 ， I為平均功率密度 。 有效的聚爆功率密度 I要近似達到1014W/cm2， τ約為 20ns， 這樣 λρ約為 100mg/cm2。 這一數(shù)值大致與輕粒子和重離子在冷物質(zhì)中的射程相當(dāng) 。 短波長的激光也可以達到這一數(shù)值 。 瑞利 —泰勒不穩(wěn)定性的限制 ?在聚爆期間 ， 較輕的燃料層和外圍的較重的護持層之間的界面 ， 很可能發(fā)生瑞利 —泰勒不穩(wěn)定性 。 將可能破壞穩(wěn)定的壓縮 ， 降低聚爆效率 ， 甚至使點火熄滅 。 ?初步分析認為 ， 薄靶 、 殼界面間存在大密度差 、 大加速度和短波長擾動最易發(fā)生不穩(wěn)定性 。 ?因此 ， 在設(shè)計時靶丸的縱橫比要小一些；盡量避免高密度殼層與低密度殼層的直接接觸 ， 在他們之間可以加一過渡層來減少密度梯度等 。 防止燃料的預(yù)熱 ?驅(qū)動器打靶時，燃料的任何預(yù)熱都將降低聚爆效率和壓縮所能達到的峰值，最終降低靶丸的能量增益。希望壓縮過程是等熵的，且在最終的坍塌之前燃料應(yīng)保持相對冷的狀態(tài)。 ?預(yù)熱是由于驅(qū)動器束流在靶外層產(chǎn)生的超熱電子或X射線的直接沉積，或者是聚爆沖擊波對燃料的過早加熱。 ?為了避免預(yù)熱，要設(shè)法將燃料屏蔽起來，使之與輻射隔開。措施是包圍燃料的護持層要有適當(dāng)?shù)暮穸龋蛘呤遣捎脙?nèi)、外護持層。 三、某些特殊靶的設(shè)計 一種中空的球體 ，由單層薄玻
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1